基于Memory-link协议的人机交互系统的可靠性设计

在人机交互的工业控制系统中，通信是必不可少的部分，而稳定可靠性是通信的基本指标。这就要求系统在硬件上具有较强的抗干扰能力，在软件运行上能够有效的避免出现死机等现象。在传统工控系统中，一般是采用PLC作为控制器，其应用广泛、技术成熟，具有很高的可靠性和抗干扰能力。但是PLC相对于普通微控制器来说存在成本高、体积大、实现功能单一等问题。为此，很多设计者采用微型控制器进行自主开发工控系统，但是其在恶劣环境中的可靠性和抗干扰方面相对要弱，致使其工控系统总体性能较差。
为此，文中采用S3C44BOX作为控制芯片，结合硬件和软件两方面综合考虑，介绍一种可靠的人机交互工控系统的设计方案。

1 系统总体设计
人机交互系统主要是触摸屏和主控芯片的通信，触摸屏能够正确发送和接收显示数据是系统的基本功能。该系统采用日本的proface30 00系列的触摸屏作为人机界面，通过S3C44BOX芯片进行数据转换和功能控制。图1为系统结构框图。

2 硬件设计
在硬件方面，影响系统可靠安全运行的因素有3个方面：1)干扰源，能够产生干扰信号的元件、设备或信号，比如雷电、电机等；2)传播路径，从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介，典型的干扰传播路径是导线的传导和空间的辐射；3)敏感器件，容易被干扰的对象，比如A／D、D／A变换器，通信线路，弱信号放大器等。
因此，要增强系统的抗干扰能力，就必须从抑制干扰源、切断干扰信号传播路径、提高敏感器件的抗干扰性能这3个方面考虑。以下为该系统的硬件可靠性设计方法。
2．1 抑制干扰源
为了给系统提供稳定干净的电源，电源模块采用安规电容抑制差／共模干扰，并加入磁环抑制高频干扰信号，提高电源的稳定性。
2．2 切断传播路径
1)电源模块隔离。各个功能模块的电源相对独立，也就阻断了一个受干扰的模块会通过电源去影响另一个模块正常工作的传播路径。由系统框图可知，该系统的内部电源模块和触摸屏通信电源模块分开独立供电，减少各个模块之间的干扰。
2)光耦隔离。为减少外部干扰信号对控制器的影响，利用光耦对外部信号进行隔离．并采用SN74HC245DW驱动／缓冲器芯片在光耦的两端，以增强其驱动能力。由于其较强的驱动能力也降低了光耦对其外界干扰信号的敏感性，提高了抗干扰能力。图2为光耦隔离电路。

3)在该系统中，通信线使用带屏蔽层的双绞线，并将其屏蔽层可靠接地。这样可以有效的阻断其外部电磁干扰信号通过通讯线干扰系统正常的传播路径。
2．3 提高线路的抗干扰性能
由于RS-422采用了差模传输方式，传输速率高达10Mb／s，传输距离长2 000 m，综合抗干扰能力比RS-232优越，已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。因此，该系统采用MAX488CSA芯片将RS-232通信电平转换成RS-422通信电平后再进行传输。图3为RS-422电路。